Avec le développement continu des industries telles que l’automobile et l’aérospatiale, les fixations sont des éléments de connexion clés et leur conception légère est devenue un point chaud de la recherche. Les méthodes de conception traditionnelles mettent souvent l’accent sur la résistance et la stabilité, ce qui entraîne un poids plus élevé des fixations, ce qui n’est pas favorable à l’amélioration de l’efficacité énergétique du produit. Ces dernières années, les techniques d’optimisation topologique ont montré un grand potentiel pour la conception légère des fixations. L’application de la technique d’optimisation topologique à la conception légère des fixations sera décrite en détail et les effets pratiques de cette méthode seront vérifiés par des études de cas.
L’optimisation topologique est une méthode de conception basée sur la modélisation mathématique qui cherche la meilleure solution de conception répondant à des contraintes données en optimisant la distribution des matériaux et la disposition des structures. Dans la conception légère des fixations, l’optimisation topologique permet de déterminer la distribution des matériaux aux endroits critiques et de réduire l’utilisation de matériaux redondants, ce qui permet d’atteindre les objectifs de légèreté.
La conception légère des fixations doit tenir compte de nombreux facteurs, tels que la force, la stabilité, la résistance à la corrosion, etc. Pour répondre à ces exigences, les étapes suivantes peuvent être utilisées pour une conception topologique optimisée:
Modélisation: un modèle tridimensionnel des fixations est d’abord établi et la zone d’optimisation est déterminée.
Définir les contraintes: en fonction du scénario d’application pratique, définir les contraintes de la conception optimale, telles que la tension maximale, la stabilité minimale, etc.
Algorithmes d’optimisation: les algorithmes d’optimisation appropriés, tels que les algorithmes génétiques, les algorithmes de swarm de particules, sont sélectionnés et le modèle est optimisé itérablement.
Évaluation des résultats d’optimisation: la légèreté et la performance de la conception sont évaluées en analysant les résultats d’optimisation.
Conception structurelle en fonction des résultats d’optimisation: la structure des fixations est redessinée en fonction des résultats d’optimisation topologique.
Dans le cas des boulons sur le bloc moteur d’une voiture, une méthode d’optimisation topologique a été utilisée pour la conception légère. Sous la condition de garantir la résistance et la stabilité des boulons, la solution est itérative grâce à un algorithme optimisé, ce qui a finalement permis de réduire le poids de 20%, ce qui a considérablement amélioré l’efficacité énergétique du moteur. Dans le même temps, la structure de boulonnage optimisée est plus compacte, ce qui réduit les coûts de production.
Bien que les méthodes de conception allégée des fixations basées sur l’optimisation topologique aient donné des résultats significatifs dans certains cas, un certain nombre de problèmes et de défis demeurent. Tout d’abord, l’efficacité et la précision des algorithmes d’optimisation ont un impact direct sur les résultats de conception. Comment choisir un algorithme approprié et l’améliorer est un problème urgent à résoudre. Deuxièmement, les paramètres de propriétés des matériaux impliqués dans le processus d’optimisation topologique doivent souvent être obtenus expérimentalement. La façon exacte d’obtenir ces paramètres et de les appliquer au processus d’optimisation est également une question à examiner. Enfin, après une conception légère, les fixations peuvent faire face à des difficultés de processus et des défis techniques lors de la production et de la fabrication. La façon de surmonter ces problèmes et de réaliser la production en série est également une question qui doit être explorée davantage.
Cet article présente et discute en détail la conception allégée des fixations basée sur l’optimisation topologique. Il illustre les avantages et le potentiel de cette méthode pour atteindre l’allégement des fixations. Bien que cette méthode présente encore des problèmes et des défis, il est probable qu’elle sera progressivement résolue à mesure que la technologie progresse et que de nouveaux matériaux sont utilisés, et que la méthode de conception légère des assemblages basée sur l’optimisation topologique sera plus largement utilisée.
